KR20050054322A - 마찰 저감용 피스톤의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤이 실린더 라이너 내에서 상하왕복되는 과정에서 피스톤 스커트부의 변형이 용이하여 엔진 운전시 마찰손실이 감소되도록 하기 위한 마찰저감용 피스톤의 구조에 관한 것으로,

상부 도중에는 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공과, 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 링홈이 형성되고, 하부에는 피스톤의 강성보강을 위한 스커트부가 좌(Thrust side), 우(Anti-thrust side)에 형성되는 피스톤에 있어서,

상기한 좌우 스커트부가 피스톤 측방향 힘을 받을 때, 상기 스커트부의 변형이 용이하게 하여 피스톤의 마찰력에 의한 손실을 줄이게 하는 호형상의 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

마찰저감용 피스톤의 구조{Piston having grooves}

본 발명은 마찰저감용 피스톤의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤이 실린더 라이너 내에서 상하왕복되는 과정에서 피스톤 스커트부의 변형이 용이하여 엔진 운전시 마찰손실이 감소되도록 하기 위한 마찰저감용 피스톤의 구조에 관한 것이다.

차량 엔진에 적용되는 피스톤은 실린더를 왕복운동하면서 팽창행정에서 고온고압의 가스 압력을 받아 이것을 커넥팅 로드를 거쳐 크랭크 샤프트에 회전력을 주는 기구로써, 피스톤의 중간부는 피스톤 핀을 매개로 커넥팅 로드의 상단부와 계합되고, 상기 커넥팅 로드의 하단부는 크랭크 샤프트에 계합된다.

한편, 상기한 피스톤의 상단부의 도중에는 다수의 오일 링 및 압축 링이 링 홈에 개재되므로서, 연소실의 연소가스가 크랭크 실로 이동되는 것을 막으며, 엔진 오일이 연소실로 유입되는 것이 방지되도록 구성된다.

그리고 상기와 같이 구성되는 피스톤은 엔진 운전시에 고속으로 왕복운동을 하게 되는데, 이로 인하여 크랭크 축, 커넥팅 로드, 실린더 블럭 및 베어링에 힘을 발생시키게 된다. 이 힘에는 가스 압력에 의한 힘과 피스톤의 관성질량에 의한 관성력이 있으며, 이 관성력은 피스톤의 질량에 비례한다.

최근에 개발되는 엔진은 엔진 운동부품에 의하여 발생하는 관성력을 줄이기 위하여 노력하고 있으며, 그 중 가장 중요한 부품 중의 하나가 피스톤이다. 특히, 피스톤은 엔진 소음에 있어 중요한 인자이고, 그 소음은 피스톤의 2차 운동(피스톤의 횡방향 운동 및 틸팅 운동)에 영향을 받고, 2차 운동의 정도에 따라 피스톤의 슬랩소음이 결정된다.

상기한 바와 같은 피스톤의 2차 운동은 피스톤 핀의 오프 셋(Off set), 실린더 보어의 변형, 실린더 보어와 피스톤 스커트 간의 간극(Clearance), 피스톤 스커트 프로파일(Profile), 피스톤 스커트부의 강성 등에 의해서 결정된다.

도 2는 종래의 일반적인 피스톤의 형상을 도시한 도면으로서, 피스톤(10)의 도중에는 가로방향으로 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공(12)이 관통형성되고, 탑랜드 외주에는 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 링홈(13)이 형성된다. 한편, 피스톤(10)의 하부측에는 피스톤의 강성보강을 위한 스커트부(14)가 형성되는데, 상기 스커트부(14)의 내부에는 피스톤의 중량을 증대되지 않도록 살빼기가공된다.

그리고 상기한 핀공(12)이 형성된 위치의 하부구조는 피스톤(10)과 실린더 라이너 간의 직접 접촉을 피하도록 살빼기 가공되는 것이 일반적이다. 또한, 양측의 스커트부(14)는 왕복운동시 피스톤의 운동직진성과 윤활성 확보를 구현하도록 실린더 라이너와 충분한 접촉을 유지하도록 형성되는 것이 일반적이다.

그런데 상기와 같이 피스톤의 외주면과 실린더 라이너 간의 마찰을 줄이기 위해 스커트부의 일측이 살빼기 형성됨에도 불구하고 피스톤과 실린더 라이너 간의 마찰력 증대에 의한 손실이 발생되는 문제가 발생된다. 한편, 피스톤과 실린더 라이너 간의 마찰력을 줄이기 위해서 피스톤 스커트의 길이를 무조건적으로 짧게 하게 되면 피스톤의 강성이 약화되므로서 피스톤 스커트의 설계는 피스톤의 강성을 고려하여 설계되어야 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 피스톤이 실린더 라이너 내에서 상하왕복되는 과정에서 피스톤 스커트부의 변형이 용이하여 엔진 운전시 마찰손실이 감소되도록 하기 위한 마찰저감용 피스톤의 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

상부 도중에는 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공과, 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 링홈이 형성되고, 하부에는 피스톤의 강성보강을 위한 스커트부가 좌(Thrust side), 우(Anti-thrust side)에 형성되는 피스톤에 있어서,

상기한 좌우 스커트부가 피스톤 측방향 힘을 받을 때, 상기 스커트부의 변형이 용이하게 하여 피스톤의 마찰력에 의한 손실을 줄이게 하는 호형상의 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 피스톤의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 구성도이며, 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 피스톤을 지시하는 것이다.

상기한 피스톤(20)의 도중에는 종래기술에 의한 피스톤에서와 마찬가지로 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공(22)이 관통형성되고, 상기 핀공(22)의 주변에는 피스톤 핀으로부터 전달되는 하중을 견디기 위한 핀보스가 주변보다 두껍게 형성된다. 또한, 피스톤(20)의 상부의 외주면에는 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 다수의 링홈(23)이 형성된다.

한편, 상기한 피스톤(20)의 스커트부(24)에는 커넥팅 로드 및 피스톤 핀의 오프셋(Off-set)에 의해 실린더내에서 상하운동을 하는 피스톤에 가해지는 측방향의 힘이 원인이 되어 발생되는 스커트부의 변형을 발산하기 위한 호형상의 그루브(30,Groove)가 형성된다. 상기한 그루브(30)의 크기는 스커트부(24)의 강성에 큰 영향이 미치지 않는 범위내에서 결정된다. 또한, 상기한 그루브(30)는 상기 핀공(22)이 형성된 피스톤 몸체의 양측에 대칭으로 형성된다.

이상과 같이 피스톤(20)의 스커트부(24) 하단 부분 도중에 형성되므로서, 스커트부(24)는 지나치게 큰 변형은 상기한 그루브(30)를 통해서 외부로 발산되어 실린더 라이너에 작용하는 힘의 크기가 작아지게 되는 것이다. 이와 같이 실린더 라이너의 내부면과 피스톤(20)의 외주면 간에 작용되는 힘이 감쇄되므로서 피스톤(20)의 마찰력이 작아져 마찰력 손실이 줄게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 피스톤의 스커트부 하단 도중에 형성되는 그루브에 의해서 피스톤의 전달되는 강성이 외부로 발산되므로서, 피스톤의 외주면과 실린더 라이너의 내주면 사이의 마찰력이 감쇄되어 마찰력으로 인한 엔진의 동력손실을 줄일 수 있게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 피스톤의 구성도.

도 2는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 피스톤

22 : 핀공

23 : 링홈

24 : 스커트부

30 : 그루브

Claims (2)

1. 상부 도중에는 피스톤 핀이 끼워지기 위한 핀공과, 압축링 및 오일링이 장착되기 위한 링홈이 형성되고, 하부에는 피스톤의 강성보강을 위한 스커트부가 좌우에 형성되는 피스톤에 있어서,

   상기한 좌우 스커트부(24)가 피스톤 측방향 힘을 받을 때, 상기 스커트부(24)의 변형이 용이하게 하여 피스톤(20)의 마찰력에 의한 손실을 줄이게 하는 그루브(30)가 형성된 것을 특징으로 하는 마찰저감용 피스톤의 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 그루브(30)는 호형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰저감용 피스톤의 구조.